DD259278A1

DD259278A1 - Verfahren zur herstellung integrierbarer duennschichtfestelektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DD259278A1
Application number: DD29223286A
Authority: DD
Inventors: Birgit Hannemann; Hans-Dieter Langer
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-08-17

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung integrierbarer Duennschichtfestelektrolytkondensatoren findet Anwendung in der Elektronik- und Halbleiterindustrie bei der Herstellung von integrierten und diskreten Duennschichtfestelektrolytkondensatoren. Ziel und Aufgabe bestehen darin, technologisch einfach hochkapazitive integrierbare Duennschichtfestelektrolytkondensatoren herzustellen, die verbesserte elektrische und thermische Eigenschaften besitzen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem auf eine Ventilmetallschicht eine Maske aufgebracht wird, katodisch eine MnO2-Schicht abgeschieden wird, die anodische Oxydation des Ventilmetalls erfolgt, die Maske entfernt wird und in bekannter Weise die Ausbildung der Deckelektrode erfolgt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren findet in der Elektronik- und Haibleiterindustrie bei der Herstellung von integrierbaren und diskreten Dünnschichtfestelektrolytkondensatoren Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein Verfahren der lokalen anodischen Oxydation zur Herstellung von kapazitiven Schichtstrukturen auf Ventilmetallelektroden beschreibt die JP-PS 60105254. Es werden sowohl mittels Siebdruck aufgebrachte Isolatormasken als auch fotolithografisch erzeugte Metall- oder Lackmasken verwendet, teilweise dient auch eine erste sehr dünne Ventilmetalloxidschicht zur Strukturierung (DE-OS 2746225). Mit MOM-Dünnschichtkondensatoren auf Ventilmetallbasis sind zwar hohe Flächenkapazitäten erreichbar, eine gute Spannungsfestigkeit und Langzeitkonstanz der Eigenschaften wird aber erst durch Einbeziehung der Festelektrolytschicht möglich (JP-PS 5950085).

Es ist bekannt, daß für die Einführung einer MnO₂-Festelektrolytschicht, die pyrolytisch erfolgt, mindestens ein zusätzlicher Lithografieschritt notwendig ist.

Das trifft auch auf die Verwendung von organischen Festelektrolyten auf TCNQ-Basiszu (JP-PS 6002770).

Darüber hinaus bewirkt der pyrolytische Prozeß eine Schädigung des Ventilmetalloxides, das als Dielektrikum verwendet wird.

Der organische Festelektrolyt hat eine geringe thermische Beständigkeit, so daß bei nachfolgenden Umhüllungs- und Montageprozessen eine Beeinträchtigung dieser Schicht sehr leicht erfolgen kann.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der technologisch einfachen Herstellung integrierbarer Dünnschichtfestelektrolytkondensatoren mit verbesserten elektrischen und thermischen Eigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, integrierte oder integrierbare Dünnschichtfestelektrolytkondensatoren mit wenigen Lithografieschritten und hoher technologischer Sicherheit zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem auf eine Ventilmetallschicht eine Maske aufgebracht und katodisch eine MnOrSchicht abgeschieden wird, eine anodische Oxydation des Ventilmetalles erfolgt, die Maske entfßrnt und in bekannter Weise die Deckelektrode ausgebildet wird.

Bei Verwendung von Ta und Ta-Legierungen als Grundelektrode kann mit einer Al-Hilfsmaske unter der Lackmaske gearbeitet werden, wofür kein zusätzlicher Lithografieschritt nötig ist.

Soll eine gestapelte Anordnung erreicht werden, so sind die Prozeßstufen Ventilmetallabscheidung, deren Strukturierung und die strukturierte MnO2-Abscheidung zu wiederholen. Die anodische Oxydation der Ventilmetallelektrode erfolgt dann nach der jeweils letzten MnO2-Abscheidung.

Nach dem Entfernen der Lack- und Hilfsmasken, was in einem einzigen Verfahrensschritt möglich ist, erfolgt das Aufbringen und Strukturieren der Deckelektroden bzw. Kontaktschichten.

Ein Vereinzeln, Verkappen und Umhüllen der kapazitiven Strukturen ist zur Erzeugung diskreter Dünnschichtfestelektrolytkondensatoren ebenfalls möglich. Die thermische Belastbarkeit bei der Montage liegt in der Größenordnung, die für diskrete Ventilmetallfestelektrolytkondensatoren mit pyrolytisch erzeugtem MnO₂ angegeben wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Es zeigen Fig. 1: ein isolierendes Substrat 1 mit strukturierter Ta-Schicht 2,

Fig. 2: das Aufbringen der 1. Maske, bestehend aus einer Al-HiIfsmaskenschicht 3 und einer 1. Lackmaskenschicht 4,

Fig. 3: die katodische Abscheidung der MnCVSchicht 5,

Fig.4: das Erzeugen derTa₂-O5-Dielektrikumsschicht 6 unter der MnO₂-Schicht,

Fig.5: die Struktur nach Entfernen der 1. Maske,

Fig. 6: die aufgedampfte Al-Deckelektrodenschicht?, bedeckt mit einer strukturierten 2. Lackmaskenschicht 8,

Fig.7 a, b: die Struktur nach Ätzen der Al-Deckelektrodenschicht und Entfernen der 2. Lackmaskenschicht

Fig.8: eine gestapelte Anordnung nach 2maliger Wiederholung von Ventilmetall- und MnO₂-Abscheidung.

Auf das isolierende Substrat 1 wurde eine strukturierte Ta-Schicht 2 aufgesputtert (Fig. 1). Danach wurde eine ca. 0,2/xm dicke Al-Hilfsmaskenschicht 3 aufgedampft und mittels einer 1. Lackmaskenschicht 4 (Positivlack AZ 1350) strukturiert. Al- und Lackschicht zusammen bildeten die 1. Maske (Fig.2). Damit erfolgte die strukturierte katodische Abscheidung einer ca. 0,7/xm dicken MnO₂-Schicht 5 aus einer KMnÖ₄-Lösung (Fig.3). Nach mehreren Spül- und einem Trocknungsprozeß wurde die anodische Oxydation zur Erzeugung der Ta2O₅-Dielektrikumsschicht 6 in einem Bad mit umlaufendem Elektrolyt (0,1 %ige H₃PO₄) im üblichen galvanostatisch/potentiostatischem Regime durchgeführt (Fig.4).

Bei einer Formierspannung von 30V wurde so eine ca. 50nm dicke Ta₂O_s-Schicht erhalten.

Nach Entfernen der 1. Maske durch ca. 3minütigesÄtzen in 10%iger KOH bei 55⁰C (Fig. 5) erfolgte nach wiederholten Spülungen und einem Trocknungsprozeß das Aufdampfen einer ca. 0,2/xm dicken Al-Deckelektrodenschicht 7, die mit einer strukturierten Lackschicht 8 als 2. Maske zur Kontaktschicht strukturiert wurde (Fig.6).

Im Ergebnis wurden kapazitive Strukturen nach Fig.7a und b erhalten.

Durch eine 2fache Wiederholung der im Ausfüjirunsbeispiel erläuterten Verfahrensschritte Ventilmetall- und Festelektrolytabscheidung wird die in Fig.8 dargestellte Stapelanordnung hergestellt, wobei die anodische Oxydation zur Herstellung des Ta₂O₅-Dielektrikums 6 nach Abscheidung der letzten MnO₂-Schicht 5, also in einem einzigen Verfahrensschritt, erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung integrierbarer kapazitiver Strukturen auf isolierenden Substraten mittels anodischer Oxydation von Ventilmetallen zur Anwendung als Dünnschichtfestelektrolytkondensatoren dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Ventilmetallschicht (?.) eine Maske aufgebracht wird, katodisch eine MnO₂-Schicht (5) abgeschieden wird, die anodische Oxydation des Ventilmetalles erfolgt, die Maske entfernt wird und in bekannter Weise die Ausbildung der Deckelektrode (7) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maske ein Schichtstapel, bestehend aus einer Lackmaskenschicht (4) und einer Al-Hilfsmaskenschicht (3) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilmetall Tantal oder Ta-Legierungen verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wiederholte Abscheidung von Venti!metal!-(2) und MnO₂-Schicht (5) vor der anodischen Oxydation erfolgt.